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1、广西大学实验报告纸组长:成员:指引教师:成绩:学院:电气工程学院专业：自动化班级:16实验内容：实验五 二阶瞬态响应特性与稳定性分析5月11日【实验时间】 5月 11日【实验地点】 综合08【实验目的】1、 以实际对象为基本，理解和掌握典型二阶系统的传递函数和模拟电路图。2、 观测和分析典型二阶系统在欠阻尼、临界阻尼、过阻尼的响应曲线。3、 学会用MATLB分析系统稳定性。【实验设备与软件】1、 Muliim0电路设计与仿真软件2、 laACT实验台与虚拟示波器3、 MATLA数值分析软件【实验原理】1、 被模拟对象模型描述永磁她励电枢控制式直流电机如图1(）所示。根据Kichoff定律和机电
2、转换原理，可得如下方程（) (） (3)式中,各参数如图1（）所示：L、R为电机和负载折合到电机轴上的转动惯量,Tl是折合到电机轴上的总的负载转矩,b是电机与负载折合到电机轴上的粘性摩擦系数；k是转矩系数(Nm/A),ke是反电动势系数（Vs/r）。令(电磁时间常数），（机械时间常数)，于是可由这三个方程画出如图1(b)的线性模型框图。将Tl当作对控制系统的扰动,仅考虑先行模型框图中的传递函数为 (4)考虑到电枢电感L较小，在工程应用中常忽视不计,于是上式转化为 (5）式中,为传动函数,为机电时间常数。本实验中，去,传动系数可变。2、 系统的稳定性 线性系统稳定的充要条件是闭环系统特性值均在左
3、半平面。3、 接线和操作 输入信号产生的操作措施:用信号发生器()的阶跃信号输出和幅度控制电位器构造输入信号(),即单元中电位器的左边K开关拨下(GND）,右边K4开关拨下(0+5V阶跃)。阶跃信号输出(B1的测孔）调节为.5V（调试措施:调节电位器,用万用表测量测孔)。 构造有源放大电路用模拟运算单元和阻容库A1-9资源。 输入和输出信号的测量运用虚拟示波器，直接将信号接入CH和CH2测孔,运营LBACT程序,打开单迹示波器或双迹示波器，便可以得到波形。【实验内容、措施、过程与分析】1、 用运算放大器搭建出实验原理给出的电机模型，并在Musitim0中仿真,选择合适的电阻R0变化速度增益，观
4、测和分析典型二阶系统在欠阻尼、临界阻尼、过阻尼的响应曲线,并记录波形、超调量、峰值时间、调节时间。并计算出在欠阻尼下阶跃信号输入时的动态指标,与仿真时的测量值进行比较。Mulsiti仿真电路图如下所示表1:lisi10仿真数据登记表格及实验波形参数项目电阻（k)增益(1/s)自然频率(计算值)（1/s）阻尼比(计算值)超调量峰值时间(s)调节时间(s）测量值计算值测量值计算值测量值计算值过阻尼5024.4721.111556临界阻尼425511021.5欠阻尼3.463.863.84.045062.651.12207.07.70716.6.50360.0709742515.1635.136.0
5、0.10256.6 R=k R=25.4k R=20kRk =5k2、用运算放大器搭建出实验原理给出的电机模型，在lbAT实验平台上实验，选择合适的电阻R0变化速度增益K,观测和分析典型二阶系统在欠阻尼、临界阻尼、过阻尼的响应曲线,并记录波形、超调量、峰值时间、调节时间。并计算出在欠阻尼下阶跃信号输入时的动态指标,预实验测量值比较。表2:实验数据登记表格及实验波形参数项目电阻()增益(1/s）自然频率（计算值）(1/）阻尼比（计算值）超调量峰值时间(）调节时间（s）测量值计算值测量值计算值测量值计算值过阻尼02.472.181515.临界阻尼0251.1.5欠阻尼23.463.86.163.4
6、.1450550.51.22057.0.7075.16.0320.40.974215.8.31634536.00.210.50.80096过阻尼临界阻尼欠阻尼分析实验：1、 比较过阻尼和临界阻尼达到稳定的时间，分析它们之间存在差别的因素？答：调节时间一般近似体现式为(按%误差）,可知决定系统响应的迅速性,因此临界阻尼状况下系统达到稳定的时间比过阻尼短。2、 在欠阻尼状况下,随着阻尼比的变化，超调量、平稳性和调节时间会如何变化？答：阻尼比越小，超调量越大、达到峰值的时间和调节时间越小。3、 过阻尼、临界阻尼和欠阻尼状况下曲线在同一坐标系如下图所示。4、 对于欠阻尼系统,如果阶跃输入信号过大，会在实验和实际中产生什么后果？答：会使波形超过示波器显示范畴，导致失真，影响实验测量和图形的读取。【实验总结】通过这次实验，我对二阶系统瞬态响应和稳定性有了更深刻的理解，虽然实验过程中由于仪器问题出了几次差错，但是在教师和学姐的协助下,还是克服了困难，数据有些偏差,但是影响不大，同步让我对图像得理解更加清晰,总之,这次实验收获颇多。
